PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL EN METALURGIA EXTRACTIVA

“REDUCCIÓN DE EMISIONES DE DIÓXIDO DE

AZUFRE: PROPUESTA DE GIRO A CARGA

FRÍA PARA CONVERTIDOR PEIRCE-SMITH

N°1 – FUNDICIÓN ALTONORTE”

Guillermo Enrique Bahamondes Jeraldo

Profesor Guía:

Álvaro Aracena Caipa

2016

ii

“Sin mis padres, yo no sería lo que hoy soy”

iii

RESUMEN Durante el segundo semestre del año 2014 y el primer semestre del año 2015 se

tuvo un promedio de 22 incidentes medioambientales reportables por mes, en las

estaciones de monitoreo de SO2 ubicadas en Miljo reactor y Miljo CPS. Dentro de las

principales causas que provocaban estos incidentes estaba la maniobra giro a carga

fría, que consiste en sacar el convertidor de posición de soplado y llevarlo a posición

de carga para la adición de carga fría. Esta maniobra deja expuesta la boca del

convertidor distribuyendo los gases entre capturados por sistema secundario y el

ambiente, mostrando ineficiencia de los sistemas actuales y mal manejo por parte de

los operadores. Por este motivo resulta de importancia, estandarizar e instruir

metodologías de trabajo a los operadores y optimizar el funcionamiento del sistema,

para así reducir las emisiones y mejorar la captura de gases fugitivos. En esta

memoria se trata parte de esta problemática enfocándonos principalmente en los

giros a carga fría, para la cual se generó una propuesta de metodología de giro que

permite disminuir las emisiones de dióxido de azufre cuando se efectúa esta

maniobra. Esta metodología consiste en ajustar el flujo previo a la adición de carga

fría para así evitar que cuando el convertidor salga de la línea de extracción de gases

bajo la campana primaria, emita una menor cantidad de gases. Al comenzar el giro y

salir de la línea de extracción existe un ángulo de giro en el cual las toberas ubicadas

en la parte inferior del convertidor salen del baño fundido y quedan expuestas al aire,

es ahí donde esta metodología pretende cortar el aire de soplado y evitar que siga

reaccionando el oxígeno con el azufre en el baño fundido. Para volver al soplado del

convertidor después de haber agregado la carga fría, se ajusta el flujo a 600 Nm3/min

pero siempre cuidando que la presión en la línea de toberas sea sobre 6 Psi

manométricos, de lo contrario se debe aumentar más el flujo, luego de esto se puede

iniciar el giro para volver a la posición de soplado. Se estima que esta metodología

reduce en un 37% las emisiones de gases principalmente SO2, además de mejorar el

aspecto visual de la nave de fundición. También se presentan 3 sistemas de

implementación para esta metodología, estos son manual, semiautomático y

automático, obteniéndose mayores beneficios con esta última implementación

(automático), dado que optimiza mejor el tiempo de operación de la metodología. Por

iv

otro lado, este proyecto permite mejorar y aumentar en un 0,125% la producción de

ácido sulfúrico debido al aumento en la captura de gases ricos en SO2. El análisis

económico se enfocó en la oportunidad de tratar el azufre que no se emitió al

ambiente debido a que se ajustó el flujo y este pudo ser tratado en las Plantas de

ácido. El análisis entregó un cálculo de una recuperación de US$ 4091 mensuales,

un VAN de US$ 357 y un TIR de 15,58% para el sistema automático y

semiautomático, para el sistema manual arrojo un VAN US$ 11686 y un TIR 68,68

%. Las propuesta de implementación automática y semiautomática permite recuperar

la inversión de US$16069 en un periodo aproximado de 5 meses, en cambio la

propuesta manual permite recuperar la inversión de US$ 4740 en un periodo de dos

meses, la recuperación de la inversión es rápida dado que es una inversión de bajo

costo. Se recomienda usar el sistema automático dado que otorga mejores

beneficios técnicos con respecto a la disminución en las emisiones de gases, que es

por lo cual nace este proyecto.

v

INDICE GENERAL

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1

1.1 OBJETIVOS ................................................................................................................... 3

1.1.1 Objetivo General ......................................................................................................... 3

1.1.2 Objetivos específicos ................................................................................................. 3

CAPÍTULO II: DESCRIPCIÓN EMPRESA...................................................................... 3

2.1 RESEÑA HISTÓRICA .................................................................................................. 3

2.3 DESCRIPCIÓN PROCESO PRODUCTIVO [2] ......................................................... 5

2.3.1 Conversión .................................................................................................................. 6

2.3.2 Manejo de gases ........................................................................................................ 7

2.4 EQUIPOS INVOLUCRADOS ...................................................................................... 8

2.4.1 Descripción de Convertidores Peirce-Smith. ......................................................... 8

2.4.2 Convertidor Peirce Smith N°1 .................................................................................. 8

CAPÍTULO III: PROBLEMÁTICA Y PROPUESTA DE MEJORA ............................ 10

3.1 PROBLEMÁTICA ........................................................................................................ 10

3.2 ESTIMACIÓN DE EMISIONES ................................................................................. 12

3.2.1 Estimación emisión de SO2 por agregado carga fría en CPS´s ....................... 12

3.3 ANTECEDENTES SISTEMA AJUSTE DE AIRE DE SOPLADO ...................... 14

3.4 FUNCIONAMIENTO SISTEMA AJUSTE DE AIRE DE SOPLADO .................. 14

3.5 LIMPIEZA DE TOBERAS .......................................................................................... 16

CAPÍTULO IV: TRABAJO EXPERIMENTAL ............................................................... 17

vi

4.1 PARÁMETROS DE OPERACIÓN PARA CPS´S A LA PREPARACIÓN DE

GIROS .................................................................................................................................. 17

4.1.1 Flujo de soplado ....................................................................................................... 17

4.1.2 Presión línea de toberas ......................................................................................... 19

4.1.3 Válvula de ajuste de caudal de aire de soplado ................................................. 20

4.2 RESULTADOS INICIALES........................................................................................ 22

4.2.1 Determinación del ángulo de cambio de fase en toberas ................................. 22

4.3 PRUEBAS DE AJUSTE DE FLUJO DE AIRE DE SOPLADO EN EL CPS N°1

PARA EL ROLLING-OUT. ............................................................................................... 27

CAPÍTULO V: RESULTADOS Y DISCUSIONES ........................................................ 30

5.1 FLUJO DE SOPLADO ............................................................................................... 30

5.2 PRESIÓN LÍNEA DE TOBERAS ............................................................................. 30

5.3 APERTURA DE LA VÁLVULA ................................................................................ 31

5.4 ÁNGULO SUMERSIÓN LÍNEA DE TOBERAS..................................................... 32

5.5 METODOLOGÍA DE OPERACIÓN PARA SISTEMA CONTROL DE FLUJO EN

CPS N°1 .............................................................................................................................. 33

5.6 PRUEBAS DE AJUSTE DE FLUJO DE AIRE DE SOPLADO EN ROLLING-OUT

DEL CONVERTIDOR N°1. ............................................................................................... 35

5.7 CÁLCULO REDUCCIÓN DE EMISIONES EN ROLLING-OUT PARA CPS N°1

POR DÍA. ............................................................................................................................. 36

5.8 PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN ................................................................... 37

5.8.1 Metodología de ajuste de flujo de soplado de aire para el rolling-out. ............ 38

5.8.2 Metodología de ajuste de flujo de soplado de aire para el rolling-in. .............. 41

vii

5.8.3 Propuesta implementación “sistema de ajuste de flujo de aire soplado para CPS

N°1” ...................................................................................................................................... 43

CAPÍTULO VI: ANÁLISIS ECONÓMICO ...................................................................... 51

6.1 INGRESOS POR TRATAMIENTO DE GASES SO2 ............................................ 51

6.2 CAPITAL TOTAL DE INVERSIÓN .......................................................................... 53

6.2.1 Capital total inversión para sistema automático y semiautomático ................. 53

6.2.2 Capital total inversión para sistema manual ........................................................ 53

6.3 FLUJO DE CAJA ........................................................................................................ 54

6.3.1 Flujo de caja para sistema automático y semiautomático ................................. 54

6.3.2 Flujo de caja para sistema manual ....................................................................... 55

CAPÍTULO VII CONCLUSIONES ................................................................................... 57

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 60

ANEXOS .............................................................................................................................. 61

Anexo A Instalación de recopia de señal para válvula FV 4510 ......................... 61

A-1 Descripción Técnica ................................................................................................... 61

A-2 Cotización empresa Zurich-Chile instrumentación recopia de señal. ................ 63

Anexo B .............................................................................................................................. 64

B-1 Metodología de cálculo para estimación extra producción ácido sulfúrico por

concepto de sistema de ajuste de flujo de aire de soplado en CPS N°1 .................. 64

Anexo C: Datos operacionales y resultados pruebas ........................................... 65

C-1 Protocolo de pruebas para ajuste de flujo de aire de soplado CPS N°1 ........... 65

C-2 Histograma comportamiento de flujo de operación CPS N°1 ............................. 66

C-3 Histograma comportamiento presión línea de toberas de operación CPS N°167

viii

C-4 Gráfica de predicción de flujo para CPS N°1 ......................................................... 68

C-6 Datos operacionales extraídos de planilla “Datos operacionales CPS”

perteneciente a Altonorte. ................................................................................................. 69

Anexo D .............................................................................................................................. 70

D-1 Decreto 28: Establece norma de emisión para las fundiciones de cobre y fuentes

emisoras de arsenico. ....................................................................................................... 70

Glosario .............................................................................................................................. 81

ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Imagen satelital de la ubicación de la empresa ........................................ 4

Figura 2 Imagen Aérea Complejo Metalúrgico Altonorte S.A .................................. 5

Figura 3 Diagrama de Proceso y equipos, Conversión. .......................................... 7

Figura 4 Diagrama de proceso y equipo sistema de manejo de gases ................... 7

Figura 5 Convertidor Peirce Smith N°1 Fundición Altonorte ................................... 9

Figura 6 Gráfico pareto etapa incidentes reportables 2015 .................................. 11

Figura 7 Gráfico fuentes del incidente medioambiental ........................................ 12

Figura 8 Esquema de funcionamiento sistema de ajuste de flujo de aire de soplado.

.............................................................................................................................. 15

Figura 9-A Convertidor N°1 en posición de soplado ............................................. 18

Figura 9-B Convertidor en posición de carga ........................................................ 18

Figura 10 Comportamiento flujo soplado de aire versus apertura de válvula FV 4510

.............................................................................................................................. 21

Figura 11 Control de flujo de válvula según apertura ............................................ 22

Figura 12 Sección convertidor Peirce-Smith, donde α es el ángulo de salida de las

toberas del baño fundido. ...................................................................................... 23

Figura 13 radio convertidor Peirce Smith .............................................................. 24

Figura 14 Volumen ocupado por el baño fundido. ................................................. 24

Figura 15 Determinación catetos triángulo rectángulo formado por el ángulo

sumersión de toberas. ........................................................................................... 25

Figura 16 Ángulo de sumersión de toberas .......................................................... 26

Figura 17 Pantalla de control sección convertidores ............................................. 29

Figura 18 Regresión para flujo de aire de sopado con respecto a la apertura de

válvula. .................................................................................................................. 32

Figura 20 Prueba de ajuste de flujo de aire de soplado en el CPS N°1 ................ 35

Figura 21 Metodología de control rolling-out ......................................................... 40

Figura 22 Metodología de control rolling-out ......................................................... 42

Figura 23 Histograma comportamiento flujo de operación .................................... 66

x

Figura 24 Histograma comportamiento presión línea toberas de operación CPS N°1

.............................................................................................................................. 67

Figura 25 Gráfica de predicción de flujo para CPS N°1 ........................................ 68

xi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla I. Características físicas usada ..................................................................... 8

Tabla II. Dimensiones del Convertidor Peirce Smith N°1 Fundición Altonorte ........ 9

Tabla III. Estadísticas de flujo de operación CPS N°1 .......................................... 20

Tabla IV. Estadísticas de presiones de operación CPS N°1 ................................. 20

Tabla V. Resumen de parámetros críticos de operación para CPS N°1 ............... 34

Tabla VI. Comparación propuestas de implementación sistema de ajuste de flujo de

soplado de aire a CPS N°1 para adición de carga fría. ......................................... 49

Tabla VII. Producción planta de ácido N°1 ............................................................ 52

Tabla VIII. Costos sistema automático y semiautomático ..................................... 53

Tabla IX. Costos sistema manual .......................................................................... 53

Tabla X. Flujo de caja para sistema automático y semiautomático. ...................... 54

Tabla XI. Flujo de caja para sistema manual ........................................................ 55

Tabla XII. Datos operacionales de los convertidores Fundición Altonorte ............ 69

1

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

La industria de la fundición de cobre debe cumplir con normativas de emisiones de

gases de SO2 para su funcionamiento y no arriesgarse a multas ni al cierre de sus

operaciones.

Mediante Decreto Supremo N° 28 del Ministerio del Medio Ambiente, publicado con

fecha 12 de diciembre de 2013 en el Diario Oficial [1], entró en vigencia la nueva

Norma de Emisión para Fundiciones de Cobre y Fuentes Emisoras de Arsénico, que

establece distintas exigencias para las fuentes emisoras existentes y nuevas (Ver

Anexo D-1). La normativa establece un límite máximo de emisiones de Dióxido de

Azufre y Arsénico para las fundiciones existentes que contempla un 95% de captura

y fijación de las emisiones, y se establece un plazo máximo de cinco años para su

cumplimiento. Por otra parte, fuentes emisoras nuevas, deberán cumplir con un

estándar más exigente, que equivale a una captura del 98% de estos elementos.

El día miércoles 22 de julio, la Comisión de Minería del Senado presentó al Gobierno

un informe sobre la problemática que enfrentan las fundiciones de cobre en el país.

El referido informe plantea postergar la norma de emisiones que exige a las

fundiciones una captura de 95% en 2018, y en contrapartida aumentar la exigencia

de captura por sobre 98%, pero en época posterior. Adicionalmente, propone que por

el momento sólo se realicen adecuaciones en instalaciones que han quedado

tecnológicamente desfasadas.

En Altonorte existe un sistema de monitoreo de las emisiones de SO2 que cuenta con

tres puntos de medición, esta mide la concentración de SO2 y se reportan como

incidentes medioambientales cuando se supera las 10 ppm por más de 3 minutos.

Dentro de las principales causas de estos incidentes medioambientales esta la

adición de carga fría a los convertidores Peirce-Smith.

2

En base a lo anterior, la presente memoria se enfocará en el área de manejo de

gases, principalmente en las emisiones de gases de SO2 en el área de conversión

cuando se adiciona de carga fría al convertidor Peirce Smith N°1. Así, se debería

disminuir las emisiones de SO2 que se generan cuando el convertidor gira y sale de

posición de soplado a posición de carga y viceversa, es aquí cuando la boca del

convertidor queda expuesta y no tiene extracción de gases dado que no se

encuentra bajo campana.

3

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivo General

Propuesta técnica de disminución de SO2 mediante la implementación de sistema

de ajuste de flujo de aire de soplado para convertidor Peirce Smith N°1 de la

fundición Altonorte.

1.1.2 Objetivos específicos

Determinación de parámetros críticos de operación para operar el sistema de flujo

de aire de soplado en convertidor Peirce Smith N°1

Generación de metodología de giro a carga fría para convertidor Peirce Smith N°1

Propuestas de implementación para convertidor Peirce Smith N°1

Análisis económico para propuesta

CAPÍTULO II: DESCRIPCIÓN EMPRESA En este capítulo se presentará una breve descripción de la empresa Complejo

Metalúrgico Altonorte S.A, ubicación y su proceso productivo.

2.1 RESEÑA HISTÓRICA

En Agosto de 1993, el primer equipo de trabajo logra moldear la primera barra de

cobre blíster en la recién terminada fundición de concentrados de cobre. A partir de

ahí es que se comienza a construir con ingeniería chilena la séptima fundición de

concentrados de cobre del país. Dando paso a sucesivas fases de expansión, en

1997 se amplía la capacidad de tratamiento de concentrados de cobre a

cuatrocientas mil toneladas por año y en 1998 la empresa canadiense Noranda

adquiere el 100% de Altonorte. Más tarde, Noranda y Falconbridge se fusionan,

adoptándose este último nombre de la compañía y en 2006 la suiza empresa Xstrata

adquiere Falconbridge. En 2013 la también suiza Glencore se fusiona con Xstrata y

4

adoptan el nombre Glencore, Actual propietario de Altonorte. El complejo Metalúrgico

produce y comercializa ánodos de cobre, ácido sulfúrico y cobre en solución (PLS).

2.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA

El Complejo Metalúrgico Altonorte se ubica en el sector Industrial La Negra, en el

kilómetro 1348, a 25 km de al sur de la ciudad de Antofagasta (Fig. 1). En la Fig. 2 se

puede observar una imagen aérea del recinto.

Figura 1 Imagen satelital de la ubicación de la empresa

5

Figura 2 Imagen Aérea Complejo Metalúrgico Altonorte S.A

2.3 DESCRIPCIÓN PROCESO PRODUCTIVO [2]

La compañía se divide en las siguientes áreas:

Recepción, pesaje y almacenamiento de materias primas.

Fusión y secado

Conversión, refino y moldeo

Manejo de gases

Plantas de acido

Planta de escorias

Planta de polvo

Laboratorio químico y metalúrgico

Se estudiará el área de conversión y manejo de gases que son necesarias para

comprender el trabajo de memoria.

Planta tratamiento escoria

Nave fundición Plantas de ácido N°1 y N°3

Planta de secado

Planta de aire-Air liquid

6

2.3.1 Conversión

Posterior al proceso de fusión el Metal Blanco es trasladado a Convertidores donde

se realiza la purificación del cobre eliminando el Fe y azufre remanente además de

algunas impurezas menores como As, Pb y Bi, como resultado del proceso de

oxidación. Lo que consiste en aumentar la pureza del cobre desde el 74% presente

en el Metal Blanco, hasta un 98,5 – 99,2% presente en el cobre Blíster obtenido

como producto de esta etapa, en la figura 3 se puede apreciar un esquema de la

operación.

Para esta operación, Altonorte cuenta con cuatro convertidores Peirce Smith (CPS)

que operan en ciclos batch con las siguientes etapas consideradas, preparación,

carga, soplado y vaciado de blíster. Normalmente se encuentran 3 convertidores en

operación y uno en mantenimiento. El tamaño de los convertidores son: CPS1 14 m

largo x 4.5 Diámetro, CPS2 y 3, 11 m largo x 4.5 Diámetro y CPS4 10 m largo x 4.0

m diámetro

Dada la alta concentración de cobre en el Metal Blanco, generado en el reactor

continuo, los convertidores se limitan a operar solamente en ciclos de soplado a

cobre. La operación considera hasta dos CPS en ciclo de soplado simultaneo,

quedando los dos restantes en ciclos de preparación, llenado, vaciado o en

mantenimiento.

En la Fig. 3 se presenta un diagrama del proceso de conversión donde los gases

metalúrgicos generados en los CPS son captados por campanas primarias,

enfriados, limpiados de partículas sólidas y conducidos hacia la planta de ácido

sulfúrico, mientras que los gases fugitivos emanados durante las etapas de carga,

vaciado y espera son captados por campanas secundarias y conducidos por el

sistema de gases fugitivos a la chimenea principal de Altonorte.

7

Figura 3 Diagrama de Proceso y equipos, Conversión.

2.3.2 Manejo de gases

El sistema de manejo de gases es un sistema compuesto por dos circuitos similares

e interconectables, para el Reactor Continuo y los cuatro Convertidores Peirce Smith

(CPS), donde cada circuito es compuesto por subsistemas de captura, enfriamiento y

de limpieza de partículas sólidas, esto se puede apreciar en la Fig. 4

Figura 4 Diagrama de proceso y equipo sistema de manejo de gases

Calentamiento Llenado Soplado

Vaciado

Blíster

Ánodo

ETAPAS DEL PROCESO

8

2.4 EQUIPOS INVOLUCRADOS A continuación se presentara una descripción técnica de los principales equipos

involucrados en la memoria.

Convertidores Peirce-Smith

El área de conversión de Altonorte posee 4 Convertidores Peirce-Smith de los cuales

pueden operar en simultaneo un máximo de 2, se realiza sólo un soplado (soplado

de cobre) debido a que estos son alimentados con metal blanco (72-74 % Cu).

2.4.1 Descripción de Convertidores Peirce-Smith.

El Convertidor de Peirce Smith o CPS es el dispositivo para la extracción de cobre

utilizado en el 95% de las fundiciones de cobre. Su función es oxidar la mata fundida

para obtener un cobre, denominado cobre blíster, de un 96 - 98% en pureza

El proceso es cerrado, es decir, la carga es la misma, tratada y llevada hasta el final

del proceso sin recarga de material. De este modo mejoran las condiciones de

trabajo y se reducen las emisiones ambientales.

Para el cálculo de la capacidad de llenado de cada convertidor, se presenta las

consideraciones físicas usadas.

Tabla I. Características físicas usada Características Valor Unidades Densidad metal blanco 5.2 ton/m3 Densidad cobre blíster 7.8 ton/m3 Factor olla metal blanco 23 ton/olla Factor olla Cu blíster 25 ton/olla

2.4.2 Convertidor Peirce Smith N°1

El CPS N°1 en la Fig.5 es el convertidor de mayor tamaño y numero de toberas, lo

cual permite alcanzar mayor flujo de soplado y capacidad de tratamiento de metal

blanco en comparación con el resto de los CPS´s. Este Convertidor cuenta 60

toberas de 2 1/2” de diámetro, su mampostería cuenta con ladrillos tipo cromo-

9

magnesita de 18” y 21”, cuenta con un sistema de giro que permite el la operación de

llenado, vaciado y adición de carga fría y en su parte superior cuenta con una boca

que permite la salida de los gases metalúrgicos. Más características en la tabla I a

continuación.

Este convertidor tiene un rango de soplado establecido para la operación normal del

convertidor es de 700-900 Nm3/min, con un nivel de enriquecimiento de 24% de O2

como máximo y un nivel de llenado equivalente en ollas de 10-12 ollas/ciclo.

Tabla II. Dimensiones del Convertidor Peirce Smith N°1 Fundición Altonorte Dimensiones Valor Unidades Altura máxima 1.4 m

Largo 12.9 m

Superficie 3.6 m2

Área 3.8 m2

Volumen Útil 48.6 m3

Metal blanco a tratar 253 ton

Ollas metal blanco 11 Ollas

Figura 5 Convertidor Peirce Smith N°1 Fundición Altonorte

10

CAPÍTULO III: PROBLEMÁTICA Y PROPUESTA DE MEJORA

En este capítulo se abordará una descripción del problema y como se pretende

abordar la problemática existente.

3.1 PROBLEMÁTICA

En Altonorte existe un sistema de monitoreo de emisiones de SO2, y se reportan

como incidente medio ambiental las emisiones de SO2 que superan las 10 ppm por

más de 3 minutos.

Las emisiones se clasifican como puntuales si estas son emitidas a través de una

chimenea, y como fugitivas si estas se producen en otros puntos como ollas y bocas

de hornos.

Para identificar las fuentes de emisiones fugitivas con mayor ocurrencia se realizó

un diagrama pareto Fig.6. En este se representa que porcentaje de ocurrencia tiene

una maniobra operacional que provoca un incidente medioambiental con respecto al

total de incidentes medioambientales. Los óxidos a tope es la maniobra que tiene

mayor porcentaje de ocurrencia esto es debido a la mezcla de óxidos y mazamorras

en la zona denominada tope que se encuentra entre el reactor y el CPS N°1,

actualmente ya existe un proyecto asociado a esta problemática y que pretende

solucionarlo en el corto plazo. La segunda maniobra asociada es la adición de carga

fría, maniobra en la cual nos enfocaremos en este trabajo de memoria, esta

maniobra produce una gran cantidad de SO2 dado que para adicionarla se debe girar

el CPS a posición de carga quedando fuera de la línea de extracción, además esta

maniobra se realiza 4 veces por ciclo de conversión realizándose alrededor de unas

10 veces por día. Las maniobras con menos ocurrencia son carga de metal blanco,

limpieza oxido final soplado y modulación dado en estas maniobras o el convertidor

aún no empieza a soplar, ya termino y se encuentra en etapa de limpieza o existe

una deficiencia del sistema.

11

Figura 6 Gráfico pareto etapa incidentes reportables 2015

La Fig.7 nos muestra el porcentaje de ocurrencia por equipo que causó los incidentes

medioambientales, siendo el CPS N°1 quien reporta la mayor cantidad debido a que

es el convertidor que más ciclos realiza en el año y el que trata mayor volúmenes, lo

sigue con un 13 % el CPS N°2 y con un 12% el CPS N°3 y 4, siendo así los CPS´s

quienes tienen el mayor porcentaje de ocurrencia con respecto a los demás equipos.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

porc

enta

je d

e oc

urre

ncia

maniobra operacional

PORCENTAJE

PORCENTAJE ACUMULADO

12

Figura 7 Gráfico fuentes del incidente medioambiental

3.2 ESTIMACIÓN DE EMISIONES

Se estimará la emisión de dióxido de azufre usando como base de cálculo datos

operacionales correspondientes el primer trimestre del año 2015. (Ver anexo C-6 y

anexo C-5)

3.2.1 Estimación emisión de SO2 por agregado carga fría en CPS´s

El flujo de soplado fue determinado mediante el programa PI usando sólo el

promedio de aire soplado cuando el CPS estuviera en una posición de giro entre los

5 y 50 grados que es cuando sale de posición de soplado para recibir carga.

El tiempo medio de giro del CPS se estimó como máximo en 1,5 min/olla (roll-in y

roll-out) y el consumo por ciclo en 3.5 ollas/ciclo. También, mediante análisis químico

9%

43%

13%

12%

12%

1%

1% 2%

1%

6% Rx

CPS N°1

CPS N°2

CPS N°3

CPS N°4

Ref. N°1

Ref. N°2

Ref. N°3

PAC 1

PAC 3

13

se determinó que el metal blanco que se carga en el convertidor tiene un 20% de S.

A continuación se presenta la ecuación usada para determinar la emisión de SO2.

SO2 (1)

SO2

(2)

SO2

En base a los datos anteriores, la emisión de dióxido de azufre al ambiente es de

9,26 ton/día por concepto de adición de carga fría a los convertidores. Asumiendo

que el CPS N°1 opera 280 días este emite un alrededor de un 10 % del total de

emisiones permitidas para Altonorte.

La forma de abordar esta problemática consistirá en crear una propuesta de

metodología de giro basada en un sistema de control en el aire de soplado al

convertidor que se pueda ejecutar cuando el convertidor gire para recibir una carga

fría, con el fin de reducir las emisiones de SO2 por el concepto de giro del

convertidor.

El sistema de control de aire de soplado consiste en ajustar a un flujo mínimo de aire

de soplado antes de realizar el giro para recibir la carga fría, aunque este flujo

mínimo está condicionado por la presión mínima de operación de la línea de toberas,

es decir, el flujo no puede exceder cierto límite dado que provocará que la presión de

la línea de toberas baje sobre el límite permitido produciendo que el baño fundido se

infiltre a través de estas.

14

3.3 ANTECEDENTES SISTEMA AJUSTE DE AIRE DE SOPLADO

El sistema de ajuste de aire de soplado permitirá facilitar la acción del operador para

el inicio y corte de soplado al ejecutar maniobras de roll-in y roll-out de los

convertidores Peirce-Smith. Además permitirá evitar la agitación excesiva del baño

de metal fundido en las maniobras de roll-in y roll-out, reduciendo la proyección de

salpicaduras de metal fundido y la generación de gases fugitivos. No requiere de

instrumentación de terreno adicional a la que usualmente se dispone para el control

de soplado. Sólo se requiere de programas de estrategia de control de secuencia,

enclavamiento y control regulatorio en el sistema de control. Excepto por una señal

de recopia del posicionador de la válvula de soplado de aire, que en base a esta

señal se efectuarán todas las lógicas de ajuste de flujo (Ver anexo A-1 y Anexo A-2).

3.4 FUNCIONAMIENTO SISTEMA AJUSTE DE AIRE DE SOPLADO

Consiste en ajustar gradualmente la inyección de aire de soplado por toberas en las

maniobras de roll-out y roll-in. Previo a ejecutarse el roll-out, aún con el convertidor

en posición de soplado, se disminuye el flujo de aire de soplado al caudal mínimo

prefijado, teniendo como enclavamiento la restricción de la presión de la línea de

toberas.

Antes de dar inicio al giro se debe tener el chispero y la campana primaria abierta, la

campana secundaria cuando la olla con carga fría este frente al convertidor y lista

para ser cargada, se inicia el giro cuando el flujo haya sido ajustado, llegando al

ángulo de giro donde las toberas salen del baño se corta automáticamente el aire. De

forma similar, al ejecutar la maniobra de roll-in el caudal de aire se aumenta

rápidamente hasta el flujo prefijado de seguridad, se da inicio el roll-in hasta alcanzar

posición de soplado, teniendo campana primaria y chispero cerrado, se puede

aumentar el flujo, esto puede verse de forma más clara en la Fig. 8

15

Figura 8 Esquema de funcionamiento sistema de ajuste de flujo de aire de soplado.

Si bien en el sistema de ajuste de aire de soplado no hace énfasis en el control de la

presión, está en una variable que condicionara la metodología, dado que si no se

cumple con una presión mínima no se podrá llevar a cabo el sistema de control. Es

por eso que una de las cosas que se pueden hacer es que el operario tenga un

punzado constante con la máquina de gaspé, para así tener limpias las toberas y la

inyección de aire no se vea afectada.

16

3.5 LIMPIEZA DE TOBERAS

Para el funcionamiento de las estrategias de control de soplado es fundamental

mantener las toberas de soplados limpias.

La limpieza de toberas se debe hacer en forma remota manual, no automática, por

tanto es decisión del operador cuando comenzar a puncionar las toberas. El criterio

recomendado para el buen funcionamiento de la metodología del sistema de control

de aire, es dar inicio al puncionado de toberas cuando la válvula de control de

soplado alcance como máximo 70% de apertura, y continuar hasta que la apertura de

la válvula retorne a un valor cercano al inicial, usualmente en torno al 30 o 40% de

apertura.

Para poder generar una propuesta de implementación del sistema de control de aire

de soplado, es necesario definir ciertos parámetros y valores que no pongan en

riesgo el normal funcionamiento tanto de los equipos como de la operación. Estos

parámetros críticos son:

Flujo critico de soplado: Valor mínimo de soplado para mantener la seguridad

en la operación, está directamente relacionado con la presión de las toberas.

Presión critica línea de toberas: Valor mínimo de presión de toberas en

soplado para que el metal fundido no se introduzca a través de ella y produzca una

obstrucción.

Ángulo critico de giro: Valor en el cual las toberas salen o entran en el baño

fundido.

Con estos datos podemos establecer un rango de trabajo para poder trabajar en una

propuesta de metodología de giro a carga fría del convertidor.

17

CAPÍTULO IV: TRABAJO EXPERIMENTAL

En este capítulo se dará a conocer el trabajo experimental realizado para poder

resolver la problemática planteada en el trabajo de memoria.

4.1 PARÁMETROS DE OPERACIÓN PARA CPS´S A LA PREPARACIÓN DE GIROS.

Para poder establecer una metodología para el sistema de ajuste de aire de soplado

al convertidor Peirce Smith N°1 se hace necesario establecer valores y rangos de

trabajo para ciertos parámetros.

Los parámetros involucrados para el sistema de ajuste aire de soplado son:

1. Flujo de soplado de aire inyectado al CPS N°1

2. Presión línea de toberas

3. Apertura de la válvula de aire de soplado del CPS N°1

4. Angulo se sumersión de las toberas

A continuación se presentará en detalle los parámetros de estudio:

4.1.1 Flujo de soplado

Actualmente en Altonorte los giros a carga fría se realizan con un flujo de soplado

alrededor de los 800 Nm3/min en soplado unitario lo que genera una gran cantidad

de gases al momento de salir de posición de soplado a posición de carga, quedando

la boca del CPS fuera de la línea de extracción de gases de la campana primaria y

secundaria. La Fig. 9-A muestra el convertidor en posición de soplado y bajo

campana pudiéndose capturar los gases sin mayor problema, en cambio la Fig. 9-B

muestra el convertidor en posición de carga, posición en la cual se genera una fuga

de gases que deberían ser capturados por el sistema de extracción pero no sucede.

18

Figura 9-A Convertidor N°1 en posición de soplado

Figura 9-B Convertidor en posición de carga

19

Es por eso que se propone para el giro a carga fría disminuir el flujo para el Rolling-

out, este flujo de operación que pretende disminuir las emisiones de gases de SO2

debe cumplir con ciertas condiciones y es que este debe ser menor por al flujo de

operación normal y además que este flujo genere una presión mínima de 6 psi en la

línea de toberas, mientras más bajo sea el flujo menor serán las emisiones de gases.

4.1.2 Presión línea de toberas

Esta variable es dependiente del flujo de aire de soplado, por ende va relacionada

directamente con este. Esta variable es restrictiva y será quien determine hasta

donde podemos disminuir el flujo de aire de soplado, es importante mencionar que la

presión de la línea cuando ajustemos el flujo no puede ser menor a 6 psi dado que el

convertidor producirá un giro de emergencia.

Para estos parámetros se buscó datos operacionales mediante el sistema PI Datalink

del CPS N°1 durante el periodo de mayo a agosto, lo anterior pretende demostrar

que el convertidor no tiene problemas para operar con flujos menores a 600 Nm3/min

y con presiones cercanas a los 6 PSI.

Para la obtención de estos datos se usó un filtro para el rango de 600 a 400

Nm3/min, un ángulo del CPS N°1 menor a 5 grados y un rango de tiempo de 4 meses

(mayo-agosto). A continuación se presenta las estadísticas de los datos obtenidos

(Ver anexo C-2 y C-3).

20

Tabla III. Estadísticas de flujo de operación CPS N°1 Estadísticas de flujo aire soplado a CPS N°1 Flujos [Nm3/min]

Media 547.8

Mediana 561.0 Moda 544.5 Desviación estándar 46.2 Rango 198.4 Mínimo 401.6 Máximo 600.0 Cuenta 3047.0 Mayor (1) 600.0 Menor(1) 401.6

Tabla IV. Estadísticas de presiones de operación CPS N°1 Estadísticas de presión línea de toberas CPS N°1 Presión[Psi] Media 13.4

Mediana 13.4 Moda 12.7 Desviación estándar 3.4 Rango 18.4 Mínimo 4.5 Máximo 22.9 Cuenta 3046.0 Mayor (1) 22.9 Menor(1) 4.5

4.1.3 Válvula de ajuste de caudal de aire de soplado

La válvula es de tipo mariposa, consta de una apertura rápida por la cual en una

50% de apertura pasa el 80% del caudal máximo, esta válvula es la que controla el

suministro de aire al interior del Convertidor. El aire es suministrado por un

turbosoplador Howden.

.

21

Los datos operacionales para determinar el comportamiento de la válvula de control

de aire de soplado del CPS N°1 se obtuvieron mediante PI PROCESSBOOK. La

Fig.10 muestra 5 cierres de válvula en donde se observa un comportamiento de

apertura rápida, la válvula tiene mayor control del aire que pasa cuando esta entre 0

a 50% de apertura y controla el 80% del flujo total que pasa en este rango.

Figura 10 Comportamiento flujo soplado de aire versus apertura de válvula FV 4510

El rango inicial para el ajuste de flujo de aire de soplado será de 40 a 50%.

Aparte de conocer el tipo de apertura de la válvula, es importante además conocer el

tiempo de apertura de esta para poder establecer y optimizar el tiempo en el control.

En la Fig.11 la línea roja representa el flujo de aire de soplado y la línea azul

representa el porcentaje de apertura de la válvula, este gráfico muestra cómo afecta

el cierre de la válvula en el flujo de soplado y el rango donde tiene mayor variación,

además del tiempo en el que se lleva a cabo esta maniobra. El cierre completo de la

válvula demora 70 segundos y en el segundo 40 recién empieza a generar grandes

cambios en el flujo, coincidiendo así con un porcentaje de cierre de entre 40 a 50 %.

0100200300400500600700800900

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fluj

o so

plad

o [N

m3/

min

]

% Apertura Válvula

% apertura valvula Flujo soplado 1 % apertura valvula Flujo soplado 2

% apertura valvula Flujo soplado 3 % apertura valvula Flujo soplado 4

% apertura valvula Flujo soplado 5

22

Figura 11 Control de flujo de válvula según apertura

4.2 RESULTADOS INICIALES

4.2.1 Determinación del ángulo de cambio de fase en toberas El convertidor N°1 tiene una capacidad de giro de 360°, está establecida como

posición cero grados la posición de soplado, para una maniobra de carga fría es de

75 grados. En la Fig. 12 se muestra la sección del convertidor N°1, lo que pretende

representar es el ángulo que existe entre las toberas y el baño fundido.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80

Fluj

o so

plad

o [N

m3/

min

]

% a

pert

ura

válv

ula

Tiempo [s]

% Apertura Flujo aire soplado

23

En la Fig. 12 se presenta el ángulo entre la posición de soplado y la sumersión de las

toberas, esta figura servirá para ejemplificar el cálculo del ángulo.

Figura 12 Sección convertidor Peirce-Smith, donde α es el ángulo de salida de las toberas del baño fundido.

A continuación se presenta la metodología para el cálculo del ángulo se sumersión

de las toberas en el baño y los resultados iniciales.

Determinación altura máxima del baño fundido. [3]

Para determinar el radio interno ocupado del CPS, se ocupó la Ec. 3

(3)

24

La Fig. 13 muestra la nomenclatura usada para el cálculo de la sección de interés.

Figura 13 radio convertidor Peirce Smith

(4)

(5)

En la Fig. 14 se muestra dos áreas, el área pintada representa el espacio ocupado

por el baño fundido dentro del CPS y el área marcada por un triángulo con un vértice

en el centro y con base en el nivel del baño fundido. La base de este triangulo fue

determinada en la Ec. 5.

Figura 14 Volumen ocupado por el baño fundido.

25

En la Fig. 15 tenemos determinado las medidas del triángulo, para poder pasar a la

determinación del ángulo mediante el teorema de Pitágoras

Figura 15 Determinación catetos triángulo rectángulo formado por el ángulo sumersión de toberas.

(6)

(7)

(8)

m3

26

Con la Ec. 7 y la Ec. 8 se calcula la altura.

El ángulo de cambio de fase de las toberas se determinara por el método del

teorema de Pitágoras. La Fig.16 ayuda a ver el cálculo de forma más clara.

Se tomarán las siguientes consideraciones:

Ladrillos refractarios nuevos de 18” de diámetro.

Altura máxima del baño considerando 1,63 m.

Figura 16 Ángulo de sumersión de toberas

27

(9)

(10)

(11)

Añadiendo un factor de seguridad de 1.25 nos queda que el ángulo en que las

toberas entran y salen del baño es de 35°

4.3 PRUEBAS DE AJUSTE DE FLUJO DE AIRE DE SOPLADO EN EL

CPS N°1 PARA EL ROLLING-OUT.

Para poder realizar las pruebas se generó un protocolo de pruebas (ver anexo C-1)

en el cual se mencionan los ajustes que se harían en la operación del CPS N°1, este

protocolo fue presentado al jefe general área conversión para su revisión y

corrección, luego fue presentado al superintendente del área conversión para su

aprobación.

Posterior a la aprobación, se capacitó al operador del convertidor N°1 (encargado de

girar el convertidor, abrir el chispero y la campana primaria), al operador de sala

28

conversión encargado de ajustar el flujo mediante la pantalla de control y se informó

al jefe de turno conversión del inicio de las pruebas (Ver anexo C-7)

Con estas etapas cumplidas se iniciaron las pruebas de ajuste de flujo de soplado de

aire en el convertidor N°1, cabe destacar que estos ajustes fueron hechos de forma

manual.

En Fig. 17 se muestra la pantalla de control del convertidor N°1 en donde se realizan

los ajustes de flujo. Desde esta pantalla, en conjunto con el operador de sala, se

hicieron las pruebas.

29

Figura 17 Pantalla de control sección convertidores

Abrir válvula

Cerrar válvula

CPS N°1

Flujo aire soplado

Presión línea toberas

30

CAPÍTULO V: RESULTADOS Y DISCUSIONES En base al trabajo experimental, en este capítulo se presentarán los resultados y

discusiones obtenidas en esta memoria.

5.1 FLUJO DE SOPLADO La determinación de los parámetros críticos de operación del sistema de ajuste de

aire de soplado para el convertidor Peirce-Smith son de gran importancia dado que

nos otorgan dos cosas, la primera es que nos permite establecer un rango mínimo de

operación del convertidor para que este no sufra daños debido a la infiltración de

material fundido a través de las toberas por una baja presión. Lo segundo nos

permite bajar nuestras emisiones de SO2 debido a que cuando se realice el giro, el

flujo será menor al flujo del soplado actual (Alrededor de los 800 Nm3/min en soplado

unitario). Lo primordial de esta etapa fue encontrar un equilibrio entre bajar al mínimo

el flujo de soplado para efectuar el giro y resguardar la seguridad del equipo en la

operación.

Este parámetro fue establecido dentro de un rango dado que también depende de la

presión de la línea de toberas, este rango quedo en 450-550 Nm3/min. Se escogió

este rango dado que en el CPS N°1 se ha operado en rangos incluso menores de

400 Nm3/min no generando ningún daño, lo ideal es operar en 500 Nm3/min para las

pruebas de ajuste de flujo.

5.2 PRESIÓN LÍNEA DE TOBERAS La presión de la línea de toberas es la variable más crítica y la más difícil de

controlar, dado que para ajustar esta variable lo único que podemos manipular es la

apertura de la válvula, además también depende del estado de avance del ciclo de

conversión dado que al principio el CPS se encuentra con metal blanco con una

menor densidad que el cobre blíster que podemos encontrar al final del ciclo.

La forma que se controla la presión en la operación es mediante el ajuste del flujo de

aire de soplado, por ejemplo, si la presión aumenta demasiado se disminuye el flujo.

También existe una maquina gaspé la cual se encarga de mantener las toberas

limpias, a mayor frecuencia de punzonado, menor es la presión en la línea de

31

toberas. Estas dos maniobras son importantes para mantener la presión dentro de

rangos estables (mayor que 6 Psi y menor que 21 Psi).

5.3 APERTURA DE LA VÁLVULA La apertura de válvula es la variable que se manipuló para obtención del flujo

adecuado y la presión fue una restricción.

Al momento de realizar las pruebas, se vió claramente que la válvula FV 4510 tenía

una apertura rápida, dado que al comenzar el cierre de esta en el rango de 100 a 50

% el flujo no tuvo grandes variaciones, Sin embargo desde el 50 al 30% los ajustes

debieron hacerse más pausados para no generar un cambio drástico en flujo y por

ende en la presión, generando así un giro de emergencia por baja presión en la línea

de toberas en el CPS N°1.

Otro punto importante a mencionar es que en las pruebas la válvula FV 4510 no se

pudo cerrar más allá del 30% cuando el convertidor estuvo en posición de soplado

debido a un enclavamiento de seguridad que tiene el CPS N°1, aunque no fue

necesario porque en ese porcentaje de apertura se pudo ajustar el flujo a los 500

Nm3/min.

Para el ajuste de la válvula FV 4510 se propone el siguiente modelo el cual sólo

tendrá validez para un porcentaje de apertura de 30 a 60% que es donde tiene mayor

exactitud (Ver anexo C-4).

La Fig. 18 muestra el modelo obtenido a través del programa Minitab 17, el cual nos

entrega una gráfica del flujo de aire de soplado con respecto a la apertura de la

válvula. El modelo representado por la Ec. 12 a continuación:

2

(12)

Nos sirve para predecir el flujo según la apertura de la válvula, aunque el modelo

tiene restricción y sirve solo para una apertura entre 30 y 60 %. Para una apertura de

30% tenemos un flujo cercano a los 450 Nm3/min, que es el flujo al cual se llegó en

32

las pruebas realizadas, en cambio para una apertura de 60% tenemos un flujo

cercano a los 800 Nm3/min, estos serán los límites para el ajuste del flujo.

Figura 18 Regresión para flujo de aire de sopado con respecto a la apertura de

válvula.

5.4 ÁNGULO SUMERSIÓN LÍNEA DE TOBERAS. La determinación del parámetro Encoder, se refiere principalmente al ángulo de giro

en el cual las toberas emergen o entran al baño fundido. Saber el ángulo de giro nos

permitirá cortar el flujo cuando la línea de toberas salga completamente del baño y

así disminuir la emisión de gases, principalmente SO2 al ambiente.

Este ángulo fue determinado en el capítulo anterior y se determinó en un valor de

35° usando un factor de seguridad de 1.25 (este factor de seguridad fue discutido y

aprobado por el jefe general área conversión). Con este factor de seguridad evitamos

cualquier daño o posible incidente de infiltración de baño fundido al interior de las

toberas.

La importancia de la determinación de este ángulo de giro es que mediante una

automatización se cerrará la válvula FV4510, cortando así el suministro de aire al

33

interior del CPS, evitando así la emanación de gases fugitivos al ambiente en el giro

a carga fría. También permitirá eliminar el mensaje de cortar el flujo de aire cuando el

CPS haya llegado a posición de carga entre el operario CPS y el maestro de sala.

No es necesario la instalación de un medidor de ángulo de giro en CPS N°1 ya que

este ya consta con uno. En la operación real no se utiliza, pero con esto se podrá

anexar a la metodología y darle un uso más que informativo.

5.5 METODOLOGÍA DE OPERACIÓN PARA SISTEMA CONTROL DE FLUJO EN CPS N°1

Lo que pretende la metodología de operación del sistema de control de aire de

soplado en los giros del convertidor, es disminuir las emisiones de gases,

principalmente SO2. La metodología presentada en la Fig. 19 consta de dos partes,

la primera está enfocada en el ajuste de flujo para el rolling-out y la segunda para el

rolling-in, dado que los ajustes previos son distintos. Para el rolling-out primero se

debe ajustar el flujo a un flujo crítico de 500 Nm3/min, para luego dar paso al inicio de

giro. Con el giro en carrera, al momento de que la línea de toberas salga del baño

(35°) se debe cortar completamente el aire para finalizar en posición de carga (70°),

posterior a esto se lleva a cabo la maniobra que adiciona la carga fría al convertidor

mediante el uso de grúas. Luego se debe ajustar el flujo a 600 Nm3/min con una

presión mayor a los 6 Psi. Antes de comenzar el retorno del convertidor a posición de

soplado, el flujo debe estar ajustado, al llegar a posición de soplado se puede volver

a ajustar el flujo a 800 Nm3/min para seguir con el proceso de conversión.

34

Figura 19 Metodología de giro actual versus metodología usando el ajuste de flujo de

aire de soplado

A continuación se presentan los parámetros críticos para la metodología del sistema

de control de aire de soplado en el convertidor Peirce-Smith.

Tabla V. Resumen de parámetros críticos de operación para CPS N°1

Parámetros críticos Valor Unidades

Flujo de soplado 500 Nm3/min

Presión línea de toberas 6 6Psi

Ángulo sumersión línea de toberas 35 Grados

Rango para ajuste de válvula 0-50 %

Los parámetros presentados en la Tabla V y la metodología presentada en la Fig.19

fueron los utilizados para la realización de las pruebas de ajuste de flujo que se

presentan a continuación.

35

5.6 PRUEBAS DE AJUSTE DE FLUJO DE AIRE DE SOPLADO EN ROLLING-OUT DEL CONVERTIDOR N°1. Como se vió anteriormente, los parámetros críticos y la metodología planteada

fueron usados para la realización de pruebas. Estas pruebas permitieron construir la

Fig. 20 siguiente.

Figura 20 Prueba de ajuste de flujo de aire de soplado en el CPS N°1

La prueba que permitió construir esta gráfica consistió en que cuando el baño

fundido excedía una temperatura sobre los 1240 °C se adicionó una carga fría, para

ellos fue necesario ajustar el flujo de 800 Nm3/min a 500 Nm3/min antes de realizar el

giro, inmediatamente finalizado el giro se corta el suministro de aire al interior del

CPS, luego para iniciar el rolling-in o vuelta a posición de soplado se ajustó a un flujo

que nos diera una presión mayor a 6 Psi.

Las pruebas hechas permitieron decir que es factible ajustar el flujo a 500 Nm3/min

antes de realizar el giro a carga fría sin generar problemas en los KPI de soplado de

la operación debido a que el ajuste en forma manual fue rápido alrededor de 2

minutos, no hubo grandes problemas de baja presión en las toberas y se logró una

reducción de las emisiones de gases, sobre todo a nivel de impacto visual.

Algunos aspectos que se deben tener en consideración son:

0100200300400500600700800900

01020304050607080

15:43:12 15:44:38 15:46:05 15:47:31 15:48:58 15:50:24 15:51:50

Fujo

[Nm

3/m

in]

Grad

os d

e gi

ro [°

]

Tiempo Encoder Flujo

36

La apertura de la válvula tiene un enclavamiento de 30 % de apertura en posición de

soplado. Para las pruebas se llegó hasta este porcentaje de apertura y el flujo se

ajustó a los 500 Nm3/min aproximadamente, pero al momento de comenzar el giro se

activaba el giro de emergencia por problemas de baja presión, es por eso que se

recomienda llegar hasta 31 % de apertura, dado que en esta posición de apertura no

hubieron problemas con el giro de emergencia.

El ajuste de la válvula debe hacerse de forma paulatina, es decir, ajustar la apertura

y esperar un momento a que se ajuste el flujo. Como consideración se debe tener en

cuenta que la mayoría del control del flujo de aire de soplado se tiene bajo el 50% de

apertura, por ende desde aquí los cambios deben ser menores alrededor del 2% y

esperar que se ajuste el flujo, sobre el 50% de apertura pueden hacerse cerrando de

10 en 10.

Si se aplicara este sistema en el convertidor N°1 las emisiones de SO2 bajarían un

37,5 % con el solo hecho de ajustar el flujo al momento de realizar el giro a carga

fría, además de mejorar el aspecto visual en el ámbito de emanaciones de gases en

la fundición.

5.7 CÁLCULO REDUCCIÓN DE EMISIONES EN ROLLING-OUT PARA CPS N°1 POR DÍA. En esta sección se presenta una estimación de las emisiones de SO2 tanto para la

operación normal como para las pruebas realizadas con ajuste de flujo.

(13)

(14)

El cálculo para la emisión de SO2 se hizo utilizando la Ec. 13 y la Ec.14.

37

Para la operación normal se tiene lo siguiente:

Se estima que las 3,66 ton/día representan un 4,17 % de las emisiones totales

permitidas de la fundición.

Para la operación con sistema de ajuste de aire de soplado para el giro a carga fría

Para la operación con ajuste de flujo se estima una emisión diaria de 2,29 Ton/día lo

que representa un 2,67% de las emisiones totales permitidas.

Al implementar el sistema de ajuste de flujo de aire de soplado, nos permitiría

disminuir en 1,5 puntos porcentuales las emisiones permitidas, lo que en un año se

traduce en una disminución de 360 Ton de SO2.

5.8 PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN Los objetivos de la memoria fueron generar una propuesta de implementación a base

de lo discutido anteriormente, se puedo llegar tanto a una metodología de giro tanto

para el rolling-in como para el rolling-out que puede ser implementada en el sistema

de control de la operación DSS. Además de la propuesta de implementación en

terreno con la instrumentación involucrada. A continuación se da a conocer las

metodologías planteadas.

38

5.8.1 Metodología de ajuste de flujo de soplado de aire para el rolling-out.

Lo que establece esta metodología es plantear una forma de operar el Rolling-out

con el fin de disminuir las emisiones de gases provocadas por la salida de la boca del

convertidor Peirce-Smith de la posición de extracción de gases por campana. La Fig.

21 muestra la filosofía de control para la implementación del rolling-out, esta puede

ser implementada en el sistema de control de la empresa llamado DSS, el cual

controla la instrumentación en terreno.

Esta metodología consiste en lo siguiente:

Lectura de datos de operación

o A

o F

o E

o P

Revisar si el flujo cumple las condiciones de operación ( 450<F<550 y P>6)

Análisis de apertura de válvula. Verificar si la válvula está en posición de apertura sobre el 50%, si es así cerrar la

válvula hasta un 50%, si se encuentra con un porcentaje de apertura menor no

hacer ningún cambio y seguir el siguiente paso.

Revisión de flujo y control del flujo a parámetros de seguridad CPS N°1

Se verificaran que el flujo este en el rango de 450-550 Nm3/min y la presión de

toberas sea mayor a 6 Psi. Ahora si no se cumplen las condiciones antes señaladas se manipulara la válvula

FV 4510 para controlar el flujo de soplado de aire y poder ajustarlo al rango antes

señalado (Mediante iteración del controlador)

Cumplimiento de condiciones.

39

Si se cumplen las condiciones de flujo ajustado y presión sobre 6 Psi en la línea de

toberas y la carga fría esta lista para la adición se puede iniciar el giro de retorno a la

posición de soplado.

Abrir campana y chispero Activación giro Cuando las toberas salgan del baño (35°), cerrar completamente la válvula y

no permitir el retorno a posición de soplado. Abrir campana secundaria.

40

A<=50A=A-1

SI

NO

E>35A=0SI

450<F<550P>6

Activar Giro

NO

Leer A,F,E,P

SI NO

F>=500

A=A-1 A=A+1

SI NO

Fin

Inicio

F<=500P>6

SI NO

Carga Fría listapara agregado

Abrir Campanaprimaria y chispero

Abrir Campanasecundaria

A<30No permitir rolling-in

Figura 21 Metodología de control rolling-out

41

5.8.2 Metodología de ajuste de flujo de soplado de aire para el rolling-in.

Lo que establece esta metodología es una forma de operar el Rolling-in para llevar

el convertidor de posición de carga a posición de soplado, con el fin de reducir

emisiones de SO2. En la Fig. 22 se muestra la filosofía de control para su

implementación en el sistema de control de la empresa.

A continuación una descripción de esta metodología planteada.

Lectura de datos de operación. o A

o F

o E

o P

Análisis de apertura de válvula. Revisar si la apertura de la válvula se encuentra cerrada y ajustarla al 50% de

apertura.

Revisión de flujo y control del flujo a parámetros de seguridad CPS N°1

Se verificaran que el flujo este en el rango de 500-650 Nm3/min.

Ahora si no se cumplen las condiciones antes señaladas se manipulara la válvula

FV 4510 para controlar el flujo de soplado de aire y poder ajustarlo al rango antes

señalado (Mediante iteración del controlador).

Cumplimiento de condiciones. Activación giro. CPS en posición de soplado cerrar campana y chispero. Ajustar a flujo operación normal (soplado simultaneo o unitario) Cerrar campana secundaria.

42

A=0

A=A+50 A1=AA=A+(50-A1)

SI NO

Chispero cerradoCampana primaria

cerrada

Ajustar Flujo deoperación

SI

500<F<650P>6

Acitvar Giro

NOSI

Cerrar Campanaprimaria y cerrar

chispero

Cerrar campanasecundaria

Fin

F>=500

A=A-1 A=A+1

SI NO

NO

Inicio

Leer A,F,P,E

-1<Encoder<1

NO

SI

Figura 22 Metodología de control rolling-out

43

5.8.3 Propuesta implementación “sistema de ajuste de flujo de aire soplado para CPS N°1”

Según lo planteado anteriormente se sugieren 3 formas de implementación de este

sistema manual, semiautomático y automático. Estas tres formas de implementación

se describen a continuación.

A. Propuesta sistema automatizado

Se requiere para implementar propuesta de sistema automatizado la siguiente

instrumentación:

I.Botonera local/alarma pantalla sala control (se debe licitar/alarma en pantalla puede

ser implementado por encargado de sistema)

II. Botón remoto pantalla sala control CPS/Alarma Local* CPS (Botón se puede

implementar por parte de encargado de sistema y alarma local se debe licitar)

III. Retorno de señal apertura válvula FV 4510 (licitación, ver descripción técnica en el

anexo)

IV. Revisión límites de apertura chispero y campana primaria.

Los potenciales beneficios de implementar la propuesta de sistema automatizado

son:

I. Disminuye la interacción radial entre el operador sala y el maestro CPS, por ende

mejora los tiempos de respuesta.

II. Baja la carga de trabajo del operador de sala y del maestro CPS.

Las desventajas de esta propuesta son:

I. Requiere una inversión en instrumentación para la instalación de un retorno de

señal, alarmas y botones en terreno, además de unas alarmas y botones en

pantalla de la sala operador CPS.

44

Para Rolling-out

Se propone un botón activación para el ajuste de flujo, este puede ser local o remoto.

Si el botón es con ubicación remota

El botón sería digital y estaría ubicado en la pantalla de convertidores este

indicaría una notificación “ajustando flujo” cuando este ajustando el flujo, cuando

el flujo haya sido ajustado aparecerá otra notificación que diría “Parámetros OK”.

Además se sugieren dos luces de notificación en el área del CPS, luz roja

indicaría flujo ajustándose y luz verde indicaría que se puede realizar el giro,

como ubicación se sugiere la instalación de estas luces tanto en la cabina de la

maquina gaspé como en la cabina al costado del CPS N°1.

Si es local

Se podría presionar el botón de ajuste de flujo en dos partes, cabina gaspé y

cabina costado del CPS N°1. Este botón tendrá asociado dos luces, una roja que

indicaría que el flujo se está ajustando y una verde que diría que el flujo ya está

ajustado y que se puede girar el CPS para recibir carga fría. Además le

entregaría un notificación en pantalla al operador sala que diría cuando el flujo se

esté ajustando o cuando este ya ajustado.

Parámetros OK, se continuaría con la siguiente secuencia.(esta secuencia

actuaria de forma similar al giro de emergencia pero tomando la precauciones del

paso 3)

1. Apertura chispero se realizaría de forma automática

2. Apertura campana primaria se haría de forma automática

3. Se chequearía de forma automática que la apertura del chispero y la campana

primaria estén abiertas, cumpliéndose esto se comenzara el giro automático.

Cuando el CPS tenga un ángulo de giro de 36 ° la válvula FV 4510 se cerraría.

45

Finalización del giro.

Para Rolling-in

Se propone utilizar los mismos botones y la misma disposición que para el rolling-

out

Parámetros OK, se propone seguir la siguiente secuencia.

1. Giro Automático a posición de soplado

2. Cierre Chispero automático

3. Cierre Campana primaria automático

4. Ajuste a flujo operacional

5.

B. Propuesta Sistema manual

No requiere la instalación de instrumentación extra.

Los beneficios de implementar el sistema manual son:

I.No requiere una inversión monetaria para su implementación.

II.Es de fácil implementación.

Las principales desventajas del sistema manual son

I. Los tiempos de ejecución de la maniobra dependen de la comunicación radial entre

el operador sala y el maestro CPS. (tiempos de respuesta mayores en comparación

con el sistema automatizado y el sistema semi-automatizado)

II. Que el ajuste de flujo se lleve a cabo dependerá exclusivamente del operario y se

correrá el riesgo que a veces no lo haga.

III. Que el sistema funcione dependerá del nivel de coordinación entre las partes

involucradas.

Para Rolling-out

Se propone que el operador sala CPS debería ajustar flujo manualmente a un

rango de 450-550 Nm3/min con una presión sobre los 6 Psi

46

Parámetros OK, se propone la siguiente secuencia que debería hacerla el

maestro CPS.

1. Operador sala avisa por radio a maestro CPS que puede efectuar maniobra de

giro.

2. Apertura compuerta del chispero de forma manual

3. Apertura campana primaria de forma manual

4. Giro a posición de carga de forma manual. (no dará inicio al giro hasta que el

operador sala control se lo permita)

Dejar válvula FV 4510 en 0% de apertura, ejecutado por parte del operador de

sala CPS

Para Rolling-in

Se propone que el operador sala CPS debería ajustar flujo manualmente a un

rango de 500-650 Nm3/min.

Parámetros OK, se propone la siguiente secuencia que debería hacerla el

maestro CPS.

1. Giro manual maestro CPS a posición de soplado

2. Cierre Chispero manual maestro CPS

3. Cierre Campana primaria manual maestro CPS

4. Ajuste a flujo operacional manual operador sala.

Termino de la carga fría.

C. Propuesta sistema semiautomático

Para la instalación de la propuesta semiautomática se requiere la siguiente

instrumentación:

i. Botonera local-alarma pantalla sala control (se debe licitar- alarma en pantalla

puede ser implementado por encargado de sistema)

ii. Botón remoto (pantalla sala control CPS-Alarma Local CPS (Botón se puede

implementar por parte de encargado de sistema y alarma local se debe licitar)

47

iii. Retorno de señal apertura válvula FV 4510 (licitación, ver descripción técnica en el

anexo)

Los beneficios de implementar el sistema semiautomático son:

i. Disminuye la interacción radial entre el operador sala y el maestro CPS, por ende

mejora los tiempos de respuesta.

ii. Baja la carga de trabajo del operador de sala y del maestro CPS.

iii. Disminuye los movimientos de ajuste de flujo por parte del operador de sala

conversión, pero no la del maestro CPS.

Las principales desventajas del sistema semiautomático son:

i. Una parte de la secuencia dependerá de la comunicación entre el operador sala

control y el maestro CPS, esto puede retardar el tiempo de ejecución de la

maniobra.

ii. Requiere instrumentación para la parte de ajuste de flujo (retorno de señal de la

válvula FV 4510), botón de activación para el ajuste de flujo tanto en terreno como

en pantalla sala control.

Para Rolling-out

Se propone un botón activación para el ajuste de flujo, este puede ser local o

remoto.

Si es remoto

El botón sería digital y estaría ubicado en la pantalla de convertidores este

indicaría una notificación “ajustando flujo” cuando este ajustando el flujo, cuando el

flujo haya sido ajustado aparecerá otra notificación que diría “Parámetros OK”.

Además se sugieren dos luces de notificación en el área del CPS, luz roja indicaría

flujo ajustándose y luz verde indicaría que se puede realizar el giro, como ubicación

se sugiere la instalación de estas luces tanto en la cabina de la maquina gaspé

como en la cabina al costado del CPS N°1.

Si es local

48

Se podría presionar el botón de ajuste de flujo en dos partes, cabina gaspé y

cabina costado del CPS N°1. Este botón tendrá asociado dos luces, una roja que

indicaría que el flujo se está ajustando y una verde que diría que el flujo ya está

ajustado y que se puede girar el CPS para recibir carga fría. Además le entregaría

un notificación en pantalla al operador sala que diría cuando el flujo se esté

ajustando o cuando este ya ajustado.

Parámetros OK, se continuaría con la siguiente secuencia.(esta secuencia

actuaria de forma similar al giro de emergencia pero tomando la precauciones del

paso 3)

1. Apertura chispero se realizaría de forma manual

2. Apertura campana primaria se haría de forma manual

3. Giro CPS a posición de carga de forma manual.

Cuando el CPS tenga un ángulo de giro de 36 ° la válvula FV 4510 se cerraría

de forma automática.

Finalización del giro.

Para Rolling-in

Se propone utilizar los mismos botones y la misma disposición que para el

rolling-out

Parámetros OK, se propone seguir la siguiente secuencia.

1. Giro CPS a posición de soplado de forma manual por parte maestro CPS.

2. Cierre Chispero forma manual por parte maestro CPS.

3. Cierre Campana primaria manual por parte maestro CPS.

4. Ajuste a flujo operacional manual por parte operador sala

*Alarma local: Se propone un sistema con luces, por ejemplo se encenderá el color

verde cuando el flujo este ajustado y el convertidor esté listo para ejecutar la acción

de giro y se encenderá el botón rojo de forma intermitente cuando el sistema esté

en proceso de ajuste de flujo.

49

En la Tabla VI a continuación se puede ver una comparación de los 3 sistemas

propuestos de implementación, todos estos sistemas funcionan bajo la misma

metodología de control mencionadas anteriormente y sus variaciones tienen que ver

con el tipo de implementación que tendrán en terreno.

Tabla VI. Comparación propuestas de implementación sistema de ajuste de flujo de soplado de aire a CPS N°1 para adición de carga fría.

Sistema

automático

Sistema

manual

Sistema

Semiauto

mático

Requiere instrumentación adicional X X

Requiere comunicación entre operador sala y

operador CPS X X

Disminuye la carga de trabajo del operador

CPS X

Disminuye la carga de trabajo del operador sala

Conversión X

X

Disminuye las emisiones de SO2 por giro CPS X X X

Mejora los tiempos de adición de carga fría X

Estandariza el carguío de carga fría X

Costos asociados a su implementación X X

Nos muestra un resumen de las principales características que tiene cada sistema de

ajuste, la que tiene mayores beneficios es el sistema automático, no obstante es el

más complejo de implementar dado que requiere instrumentación adicional e instalar

nuevas lógicas de control para la operación del sistema. Por otro lado tenemos el

sistema manual, su implementación no requiere grandes cambios, más bien

establecer algunos protocolos y mejorar algunos procedimientos dentro de la

operación, a fin de que los ejecutores los cumplan. Los beneficios con respecto a la

50

mejora en la emisiones de gases fugitivos son peores que el sistema automático, aun

así no dejan de ser significativas. Se recomienda instalar la propuesta del sistema

automático dado que el gasto no es mucho mayor que los otros dos, pero tiene

mucho mejores beneficios, disminuyendo las emisiones de gases fugitivos de

manera estandarizada y siempre igual, no queda margen para error de manipulación,

disminuye la carga de trabajo del operario y lo expone a menor cantidad de gases.

En caso de instalar el sistema automático, se recomienda tener un programa de

mantención de la instrumentación involucrada a fin de que el sistema de ajuste

funcione correctamente.

51

CAPÍTULO VI: ANÁLISIS ECONÓMICO

La presente memoria es un proyecto que busca mejorar la captura de emisiones

fugitivas de gases de SO2, generando algunos cambios en la operación. Estos

cambios están enfocados en los giros a carga fría del convertidor N°1 del área de

conversión.

El análisis económico está basado en la recuperación de gases principalmente SO2

para ser tratados en plantas de ácido y así mejorar la producción de ácido sulfúrico y

por ende aumentar las ganancias.

6.1 INGRESOS POR TRATAMIENTO DE GASES SO2

Oportunidad de procesamiento de SO2 utilizando sistema de ajuste de flujo aire de

soplado en adición de carga fría a CPS N°1.

Entrada de SO2 a Planta de ácido N°1 actualmente: 190.000 Nm3/hora

Concentración de SO2 a Planta de ácido N°1 actualmente: 8 %

Producción Ácido sulfúrico Planta N°1 actualmente: 1.244 Ton/día

Entrada adicional de SO2 utilizando sistema de ajuste de aire de soplado a CPS

N°1: 420 Nm3/día

28 días de operación en el mes Planta de ácido N°1

Precio ácido sulfúrico: 102 US$/Ton.

52

Tabla VII. Producción planta de ácido N°1 Producción PAC N°1 Cantidad Unidades

Volumen de SO2 mensual entrada Planta de

ácido N°1ana 10.214.400 Nm3/mes

Volumen de SO2 extra por uso de sistema de

ajuste de flujo de aire de soplado al CPS N°1 11.760 Nm3/mes

Producción mensual ácido sulfúrico PAC 34.832 Ton/mes

Producción extra mensual ácido sulfúrico PAC 1 40,1 Ton/mes

Ingreso extra mensual por ácido sulfúrico 4091,3 US$/mes

La tabla presentada anteriormente muestra los datos de producción de la planta de

ácido N°1 perteneciente a la Fundición Altonorte, en donde los datos mostrados son

mensuales(Los cálculo pueden ser vistos en el anexo B-1). La PAC N°1 tiene una

producción de ácido de 34.832 ton/mes y con el sistema de ajuste flujo esta

producción aumenta en 40,1 Ton/mes, indicando un aumento en las ganancias de

4091,3 US$/mes, no es un gran aumento pero en corto plazo paga la inversión hecha

por el sistema de ajuste de flujo de aire al CPS N°1.

53

6.2 CAPITAL TOTAL DE INVERSIÓN

6.2.1 Capital total inversión para sistema automático y semiautomático

La tabla VIII muestra los costos asociados tanto al sistema automático como el

sistema semiautomático, el principal gasto está enfocado en la instrumentación y es

la gran diferencia con el sistema manual.

Tabla VIII. Costos sistema automático y semiautomático

Sistema automático y semiautomático

Valor US$ Capital fijo directo Instrumentación 9600 Capital fijo indirecto

Ingeniería 4969

Imprevistos 1500

Total inversión 16069

6.2.2 Capital total inversión para sistema manual

La tabla IX muestra los costos asociados tanto al sistema, este sistema no tiene

gastos asociados a instrumentación y su principal gasto estuvo asociado a la

generación de la metodología.

Tabla IX. Costos sistema manual

Sistema automático y semiautomático

Valor US$ Capital fijo directo Instrumentación 0 Capital fijo indirecto

Ingeniería 3240

Imprevistos 1500

Total inversión 4740

54

6.3 FLUJO DE CAJA Se usó una TMAR de 15% y una proyección en el tiempo para evaluar el proyecto de 10 meses.

6.3.1 Flujo de caja para sistema automático y semiautomático

Tabla X. Flujo de caja para sistema automático y semiautomático.

Flujo de caja Mes 0 Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6 Mes 7 Mes 8 Mes 9 Mes 10 Ingresos por venta + 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Costo del producto - Utilidad operacional = 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Depreciación - Interés - Venta activo + Pérdida del ejercicio anterior - Utilidad antes del impuesto = 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Impuesto a empresas - 20% 818 818 818 818 818 818 818 818 818 818 Utilidad después del impuesto = 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 Depreciación + Valor de salvamento + Pérdida del ejercicio anterior + Amortización - Inversión - 16069 Préstamo + Flujo de caja neto = -16069 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 VAN 357,6 TIR 15,58

55

6.3.2 Flujo de caja para sistema manual

Tabla XI. Flujo de caja para sistema manual

Flujo de caja Mes 0 Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6 Mes 7 Mes 8 Mes 9 Mes 10 Ingresos por venta + 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Costo del producto - Utilidad operacional = 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Depreciación - Interés - Venta activo + Pérdida del ejercicio anterior - Utilidad antes del impuesto = 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 4091 Impuesto a empresas - 20% 818 818 818 818 818 818 818 818 818 818 Utilidad después del impuesto = 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 Depreciación + Valor de salvamento + Pérdida del ejercicio anterior + Amortización - Inversión - 4740 Préstamo + Flujo de caja neto = -4740 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 3273 VAN 11686,6 TIR 68,68

56

Para este proyecto tenemos una TMAR de 15%.

A. El flujo de caja para el sistema automático y semiautomático nos da un VAN de

US$ 357 y un TIR de 15,58 % proyectado en un periodo de 10 meses.

Por tanto TMAR<TIR por ende el proyecto es económicamente rentable.

B. El flujo de caja para el sistema manual nos da un VAN de US$11.686 y un TIR

de 68,68 % proyectado en un periodo de 10 meses.

Por tanto TMAR<TIR por ende el proyecto es económicamente rentable.

El sistema manual tiene mejor rentabilidad que el sistema automático y

semiautomático aunque los beneficios otorgados con respecto a la captura y

emisiones de gases fugitivos son mejores.

57

CAPÍTULO VII CONCLUSIONES La determinación de los parámetros críticos fue de vital importancia para esta

propuesta, determino los límites inferiores seguros para la operación del sistema de

ajuste de flujo de soplado de aire.

i. Flujo aire de soplado: 500 Nm3/min

ii. Presión línea de toberas: mayor a 6 Psi

iii. Control de válvula: 0 a 50%

iv. Ángulo sumersión de toberas: 35°

Estos parámetros fueron probados y no generaron ningún problema en la operación,

a base de estos parámetros se pudo generar una metodología de giro. La

metodología de giro fue probada mediante pruebas generando buenos resultados y

en las pruebas si se disminuyó las emisiones de gases. Esto se pudo observar

visualmente mediante la revisión de las cámaras que vigilan la operación.

Con respecto a las propuestas de implementación se llegó a 3 (automática,

semiautomática y manual) de las cuales el cliente elegirá la que más le acomode,

aunque se recomienda la instalación del sistema automático.

Además se presenta un análisis económico con el fin de ver que este sistema

también genera un beneficio extra, capturando más SO2 para así aumentar la

producción de ácido sulfúrico. El sistema manual es quien obtuvo una mejor

evaluación económica pero como los montos de gasto no superan los 16 mil US$ no

hay mayor influencia en esto. Y se debiese escoger aquel que tenga mejores

ventajas en la disminución de emisiones.

58

Para el flujo de soplado el parámetro critico más importante de todos, bajar el flujo de

soplado de 800 Nm3/min a 500 Nm3/min significo una disminución de las emisiones

de un 37 %, además de la efecto visual que provocan las emisiones fugitivas.

La presión de las toberas fue un parámetro complejo de controlar, ya que depende

tanto del flujo de soplado de aire, como del grado de limpieza de las toberas, este se

estableció en 6 Psi, y no hubo mayores problemas con la presión al realizar las

pruebas.

Con respecto a la apertura de válvula controladora podemos decir que, esta variable

fue la manipulada, el único problema fue el tiempo de actuación de la válvula pero

este no fue impedimento para llevar a cabo las pruebas de buena forma. Se

estableció que para el control de la válvula, esta se cerrara hasta el 50%

rápidamente y de ahí en adelante hasta el 30% se comenzara a cerrar de a 2 puntos

porcentuales, dándole un tiempo de 5 segundos para que el cambio se vea reflejado

en el flujo.

El ángulo de sumersión de la línea de toberas quedo fijado en 35° desde la posición

de soplado, este ángulo permitirá saber en qué momento cortar el flujo de aire para

no dañar las toberas.

La metodología de operación para los giros a carga fría fue generada basándose en

los procedimientos de operación, esta metodología permite disminuir

considerablemente las emisiones de SO2 con el solo hecho de hacer algunos ajustes

al inicio del rolling-out y de rolling-in.

Con las pruebas de ajuste de flujo de aire de soplado realizadas pudimos concluir

que el sistema de ajuste de flujo de aire tiene un efecto considerable en el la

disminución de las emisiones. Permitió probar esta propuesta con grandes

resultados. Se notó visualmente un gran cambio en las emisiones fugitivas cuando se

realizó el giro a carga fría. Las principales complicaciones de las pruebas fue que

todas las pruebas realizadas se hicieron de forma manual, y fue el único sistema que

se pudo probar.

59

Se estimó la reducción de emisiones comparando el sistema actual con el sistema de

ajuste de flujo y se obtuvo una reducción del total de emisiones de la Fundición

Altonorte de 1,5 puntos porcentuales.

Para la propuesta de implementación se obtuvieron dos partes, una es la

metodología de operación del sistema que consiste en una lógica de control de

operación y la otra es una propuesta de implementación en terreno, más bien que se

requiere y como se instalará el sistema de ajuste de flujo de aire de soplado. En esta

última parte se recomiendan 3 sistemas de implementación. Se recomienda instalar

el sistema automático aunque genere unos gastos más elevados dado que sus

beneficios con respecto a la captura de emisiones de gases son mayores.

60

BIBLIOGRAFÍA

[1] MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, «Biblioteca nacional del congreso de Chile,» 12 12 2013. [En línea]. Available: http://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=1057059&idVersion=2013-12-12. [Último acceso: 30 11 2015].

[2] O. Mendoza, «Descripción Técnica de procesos - Fundición Altonorte,» Antofagasta, 2010.

[3] D. E. Reyes, «Cálculo para el volumen de tanque horizontal,» SPS Honduras, 2011.

[4] AMEC, «Estudio de ingenieria de disminución de emisiones de SO2 en la Fundicion Altonorte,» Antofagasta, 2011.

[5] Complejo Metalúrgico Altonorte, «Giro de emergencia CPS,» Antofagasta, 2012.

[6] Complejo Metalúrgico Altonorte, «Giro normal de CPS a posición de carga,» Antofagasta, 2012.

[7] Complejo Metalúrgico Altonorte, «Agregado de metal frío o carga fria a CPS en posición de carga o soplado,» Antofagasta, 2012.

[8] C. M. Altonorte, «Agregado de fundente a CPS en posición de carga o soplado,» Antofagasta, 2012.

[9] Complejo Metalúrgico Altonorte, «Agregado de metal blanco a CPS en posición de carga o soplado,» Antofagasta, 2012.

61

ANEXOS Anexo A Instalación de recopia de señal para válvula FV 4510 A-1 Descripción Técnica

Servicio: “instalación recopia de señal de posicionador perteneciente a la válvula FV-

4510.”

Introducción

La presente descripción técnica tiene por objetivo entregar los antecedentes

requeridos para los trabajos a realizar en el Servicio, instalación recopia de señal de

posicionador perteneciente a la válvula FV-4510, materia de esta licitación, en cuanto

a alcances y condiciones que deberán ser considerados por parte de las empresas

contratistas invitadas al proceso de licitación.

Objetivos y alcances del trabajo

El objetivo del servicio es instalar una recopia de señal del posicionador de la válvula

FV-4510 correspondiente a la línea de aire de soplado del CPS N°1, ubicada en el

túnel de convertidores, esto nos permite tener una retroalimentación de la real

apertura de la válvula.

Descripción del trabajo

Se requiere realizar por parte del oferente, según detalle en punto anterior la

instalación de una recopia de señal de un posicionador.

1. Cambio de posicionador por un posicionador con salida de recopia más el kit

de montaje compatible con el actuador DeZurik.

2. Realizar cableado desde posicionador hasta escalerilla eléctrica usando

cañería ¾” o ½” galvanizada, luego el cableado debe ir por la escalerilla hasta

llegar al gabinete ubicado en el tercer piso de la nave sector convertidores

para la conexión en el puerto disponible.

3. Conectar en el punto a designar por el departamento de sistema.

62

4. El cable a usar debe ser 1 x 1Par X 16 AWG Apantallado para la conexión

desde el posicionador hasta la sala de gabinete de CPS.

Para tal caso quien se adjudique el trabajo deberá considerar los EPP necesarios

según normativa Altonorte para el resguardo del personal.

Aporte de Altonorte

Autorización para acceso a terreno y ejecución de trabajos.

Visita a terreno (de ser necesario).

Entrega información necesaria

Documentos Estructurales DS como fuente de información de requisitos

en materia de Salud, Seguridad, Comunidad, Medio Ambiente.

En términos generales, Altonorte entregará al contratista todas las

facilidades para el buen desarrollo de los trabajos del contrato.

Aporte del servicio

Todos los gastos que demanden la operación, mantenimiento y/o

reparación de los vehículos de apoyo, herramientas y equipos usados

en la ejecución de los trabajos serán de exclusivo cargo del contratista.

Movilización para todo el personal hacia la planta.

Vehículos apropiados para el traslado de sus herramientas y Equipos.

Personal Competente y Capacitado (Incluir Currículum).

Alimentación.

Supervisor

63

Tiempo de Ejecución

Trabajos deben ser coordinados con el jefe de turno para no interferir en la operación

de soplado.

A-2 Cotización empresa Zurich-Chile instrumentación recopia de señal.

64

Anexo B B-1 Metodología de cálculo para estimación extra producción ácido sulfúrico por concepto de sistema de ajuste de flujo de aire de soplado en CPS N°1

Volumen de SO2 mensual entrada Planta de ácido N°1

Volumen de SO2 extra por uso de sistema de ajuste de flujo de aire de soplado al

CPS N°1

Producción mensual ácido sulfúrico PAC 1

Factor entrada de SO2 PAC 1/producción ácido PAC 1

Producción extra mensual ácido sulfúrico PAC 1

Ingreso extra mensual por ácido sulfúrico

65

Anexo C: Datos operacionales y resultados pruebas

C-1 Protocolo de pruebas para ajuste de flujo de aire de soplado CPS N°1

Se pretenden hacer las siguientes pruebas para ver los tiempos de control de

flujo al hacer variar la apertura de la válvula. Estas pruebas se realizaran cuando se

agregue una carga fría al CPS N°1.

Los pasos se detallan a continuación

1. Ajustar apertura de válvula FV 4510 al 50% si la válvula supera este

parámetro(si es que el flujo supera los 650 Nm3/min)

(Según gráfica adjunta el flujo no varía considerablemente dado que se

controla el 80% de flujo en el primer tramo de 0 a 50% de apertura)

2. Una vez, ajustada válvula, variar de a poco la apertura de válvula hasta

encontrar un flujo cercano a los 500 Nm3/min o hasta que la presión sea

menor igual a 6 Psi.

3. El inicio del giro será dado por el maestro sala control y no se efectuará

hasta que él lo diga.

4. Maestro sala control reactor informa a maestro CPS N°1 que puede

efectuar giro.

5. CPS N°1 en posición de carga se cierra válvula FV 4510 (0% de

apertura)

6. Ante cualquier anormalidad o emergencia se suspenderá la prueba.

66

C-2 Histograma comportamiento de flujo de operación CPS N°1

Figura 23 Histograma comportamiento flujo de operación

600570540510480450425400

250

200

150

100

50

0

Flujo aire soplado CPS N°1

Frecu

encia

Histograma de Flujo aire soplado CPS N°1

67

C-3 Histograma comportamiento presión línea de toberas de operación CPS N°1

Figura 24 Histograma comportamiento presión línea toberas de operación CPS N°1

2322212019181716151413121110987654

350

300

250

200

150

100

50

0

Presión linea toberas CPS N°1

Frecu

encia

Histograma de Presión linea toberas CPS N°1

68

C-4 Gráfica de predicción de flujo para CPS N°1

Figura 25 Gráfica de predicción de flujo para CPS N°1

69

C-6 Datos operacionales extraídos de planilla “Datos operacionales CPS” perteneciente a Altonorte.

Tabla XII. Datos operacionales de los convertidores Fundición Altonorte

CPS

Soplado

Unitario

[Nm3]

Soplado

Simultáneo

[Nm3]

Soplado

Unitario

Soplado

Simultáneo

Ollas

MB

Tiempo

efectivo

de

soplado

Tiempo

perdido

por

ciclo

Tiempo

adición

de

carga

fría

Ollas

Carga

fría

1 778,609 610,536 22,79% 21,97% 10 0.89 41,76 4 3,97

2 704,427 586,598 23,07% 23,05% 8 0.87 49,4 4 2,44

3 712,441 590,387 23,83% 23,97% 8 0.89 33,86 4 3,19

4 581,904 538,505 23,13% 23,30% 5 0.85 39,3 4 2,29

70

Anexo D D-1 Decreto 28: Establece norma de emisión para las fundiciones de cobre y fuentes emisoras de arsenico.

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Glosario

CPS: Convertidor Peirce Smith, es un reactor cilíndrico donde se procesa el metal

blanco proveniente del reactor Noranda.

SO2: Dióxido de Azufre

Gases fugitivos: Son los gases emitidos no capturados.

Carga fría: Material que se usa para bajar la temperatura del convertidor.

Boca convertidor: apertura por donde se carga, descarga y salen los gases de

reacción de la reacción de conversión.

Roll-out o rolling-out: acción de giro del convertidor cuando pasa de posición de

soplado a posición de carga.

Roll-in o rolling-in: acción de giro del convertidor cuando pasa de posición de carga a

posición de soplado.

Blíster: Cobre con una pureza entre el 96 al 98.5 % se obtiene como producto del

proceso de conversión.

Encoder: sistema que mide el ángulo de giro del convertidor, entrega datos en

grados.

Máquina gaspé: Máquina punzadora que permite la limpieza de las toberas,

mediante la introducción de una barretilla al interior de la tobera.

Miljo: Precipitador electroestático seco que sirve para capturar polvo de los gases

provenientes del convertidor Peirce-Smith.

PAC: Abreviación usada para la planta de ácido.